Розглянуто фізико-хімічні особливості червоного шламу, наведено реологічні та структурно-механічні його властивості. Описано технологію виробництва наповнювачів із червоного шламу.

Досліджено можливості керування властивостями агломераційних шихт і параметрами процесу спікання агломерату шляхом змішування аглодоменних і сталеплавильних шламів у штабелях з торфом активованим. Теоретично обгрунтовано й експериментально доведено покращання гранулометричного складу агломераційних шихт, що містять металургійні шлами, підготовлені за технологією.

Освещено авторское видение основных направлений переработки шлаков, обеспечивающих более полное и комплексное использование минерального сырья и материалов, что существенно снижает вредное воздействие на окружающую среду.

Реологическим методом исследованы процессы уплотнения высокодисперсных железосодержащих шламов аглодоменного и сталеплавильного производств с учетом установленного явления псевдоаномалии вязкости и влияния на него добавок природных минералов монтмориллонита, гидрослюды и каолинита, а также дисперсного известняка. Даны рекомендации по оптимизации процесса уплотнения шламов на основе установленных закономерностей.

Предложены технические решения подготовки металлургических шламов для их утилизации в металлургическом переделе в условиях Енакиевского металлургического завода. Выполнен расчет экономической эффективности. Результаты показывают, что организация участка утилизации шламов позволит значительно сократить цикл подготовки шламов и обеспечить качественную подготовку железосодержащего сырья.

Установлено, что при термической обработке железооксидно-карбонатных металлургических шламов, содержащих наночастицы, образуется CaFe2O4 при более низких температурах, чем это характерно для грубодисперсных порошков. Реологические исследования шламов без наночастиц показали, что для них характерен эффект псевдоаномалии вязкости из-за динамического расслаивания суспензии, в то время как в присутствии наночастиц этот эффект исчезает.

Проведены сравнительные минералогический, химический, петрографический и дисперсный анализы дисперсных железооксидных металлургических шламов, образующихся в ходе переработки железной руды (агломерационные, доменные, мартеновские, конвертерные и маслосодержащие пыли и шламы прокатного производства, а также ультра- и высокодисперсные шламы накопительного сборника). Рассмотрены результаты их обогащения в седиментационном и гидроциклонном процессах, а также на концентрационном столе с учетом перераспределения сопутствующих микроэлементов и вредных для металлургического производства примесей (щелочные, цинк- и свинецсодержащие соединения). Оценена роль наночастиц и наноструктурных образований в этих процессах.

Вивчено вплив нанорозмірних утворень карбонатів і силікатів на колоїдно-хімічні властивості залізооксидних гірничо-металургійних шламів під час їх концентрування та переробки. Виявлено найбільш важливі чинники, які впливають на стійкість полідисперсних суспензій шламів за присутності нанодисперсних силікатів (глин, шлаків) і карбонатів. Вивчено процес структуроутворення у концентрованих залізооксидно-каробонатно-силікатних шламах під впливом діоксиду вуглецю повітря та NaCl, розчинених у дисперсному середовищі. Установлено, що у відкритих дисипативних системах на основі залізооксидно-карбонатно-силікатних шламів за присутності <$Eroman CO sub 2>, повітря, силікатів і NaCl мають місце процеси карбонатно - бікарбонатно (проміжний продукт) - нанокарбонатного переходу дисперсних часток <$Eroman CaCO sub 3> у гелеподібні наночастки на поверхні силікатів. В ізольованих системах має місце процес ізотермічної перегонки ультрадисперсних часток <$Eroman CaCO sub 3> за схемою нанокарбонатно-бікарбонатно-карбонатного або нанокарбонатно-карбонатного переходу (у глибині агрегатів силікатних часток). Показано, що природні мінерали тим більше впливають на стабільність шламів, чим більше в них наночасток: монтморилоніт <$E>>> гідрослюда <$E>>> каолініт <$Esymbol У> кальцит. На підставі знайдених закономірностей запропоновано та використано у виробництві технології водоймищ шахтної мінералізованої води, видалення зі шламів ультрадисперсних сполук свинцю та цинку, концентрування та розділення шламів, їх брикетування вапново-карбонатною сумішшю, або обмасленою прокатною окалиною.

Розвинуто теорію щодо кінетики реакцій у твердих фазах під час спікання алюмозалізистих аглошихт. Показано можливість зниження температурного рівня спікання завдяки утворенню феритних сумішей, стабілізації двокальцієвого силікату оксидами алюмінію, а також прискоренню та збільшенню повноти асиміляції вапна (вапняку) у зоні спікання аглошихт з підвищеним (до 100 %) використанням червоних шламів. Уперше виявлено нерівномірність розподілу цинку в доменних шламах. Визначено, що найбільша кількість цинку (до 70 %) зосереджена у шламах від тонкої газоочистки. Показано, що питоме надходження цинку в доменну піч під час виведення тонкої фракції шламів зменшується з 0,6 до 0,08 кг/т чавуну за умов його початкового надходження 0,06 кг/т. Установлено явище коагуляції гідрофобних і гідрофільних цинковмісних шламів за їх спільного згущення та зневоднення, а також його вплив на інтенсифікацію процесів зневоднення та підвищення ступеня витягування зі шламів цинку.

Досліджено електроліз шламової води та електрокінетичні явища під час процесу згущення, осадження та зневоднення шламів металургійного виробництва.

Проаналізовано результати мінералого-геохімічного вивчення дисперсних металургійних відходів Криворізького металургійного комбінату. Досліджено вміст хімічних елементів у гранулометричних класах шламу. Виявлено закономірності розподілу хімічних елементів у продуктах збагачення шламу.

It is shown that the heat treatment of a polydispersed Fe oxide slurry containing (besides of the main components, hematite and magnetite) the impurity of crystallized CaCO3, amorphous magnesium hydrocarbonate, and clay minerals in the air atmosphere causes the formation of magnesium ferrite and amorphous CaO. The absence of formed calcium ferrite can be explained by the fact that the surface of dispersed CaCO3 particles is isolated by nanoparticles of clay minerals, whereas amorphous magnesium hydrocarbonate coats the surface of Fe oxide particles.

Розроблено та досліджено технологічний процес утилізації червоних шламів шляхом термокаталітичного розпаду монооксиду вуглецю з одержанням дисперсних металовуглецевих матеріалів. Показано вплив технологічних параметрів процесу взаємодії червоного шламу з CO (склад, природа і попередня підготовка каталізаторів, склад газової фази, температурний режим процесу) на характеристики (склад, структура, морфологія, технологічні властивості) металовуглецевих матеріалів. Вивчено вплив складу газової фази на швидкість процесу розпаду CO. Доведено залежність між вмістом домішки у вуглецевмісній атмосфері й якістю кінцевого металовуглецевого продукту.

Вперше узагальнено розрізнені дані про мінеральний склад металургійних шламів та особливості його зміни в процесі зберігання у трьох шламонакопичувачах. Вперше досліджено онтогенію індивідів та агрегатів головних мінералів шламу. Виявлено закономірності розподілу заліза між головними мінералами шламу в процесі високотемпературного утворення та гіпергенних змін. Уточнено існуючі уявлення про закономірності розподілу рудних і нерудних мінералів у продуктах збагачення шламу. Вперше встановлено структурно-текстурні особливості шламового покладу та розроблено мінералогічне обгрунтування ефективної технології збагачення та переробки шламу.

Увагу приділено проблемам забезпечення екологічної безпеки в районах розміщення багатотоннажних відходів газоочисток металургійних заводів шляхом розробки на базі теоретичних та експериментальних досліджень технологій і обладнання щодо запобігання екологічно небезпечному впливу шламонакопичувачів металургійного виробництва на навколишнє природне середовище. З'ясовано, що під час обробки шламів доменного та агломераційного виробництва постійним електричним струмом ступінь їх ущільнення підвищується, зменшуються радіуси гідратованих катіонів Са₂, що підтверджується проведеними розрахунками гідратних оболонок іонів, виконаних за методикою М. І. Бакеєва. Співвідношення суміші шламів доменного та агломераційного виробництва в обсязі 2,5 - 3,0 : 1 і стічних вод 7,5:1, за Т = 60 °С і U = 200 В дозволяють забезпечити ступінь ущільнення 28,6 % і вміст вологи 35,4 %. У результаті витрати електроенергії на гравітаційне зневоднення суміші шламів за щільності струму 73,7 А/м² до досягнення вологості 24 - 25 % складуть 23,54 кВт - год/т. Одержані в процесі досліджень дані використано для розробки апаратурно-технологічної схеми відстійника, що дозволяє за рахунок особливостей конструкції підвищити ефективність зневоднення до необхідного ступеня. Розроблено способи зневоднення залізовмісних шламів металургійної промисловості. На розроблені способи та конструкцію отримано три патенти України на винаходи. Техніко-економічний аналіз та екологічна оцінка показали, що в результаті впровадження нової технології зневоднення Fe-вмістких шламів на металургійному комбінаті "Запоріжсталь" обсяг зниження витрат складе 7 996 920 тис. грн /рік. Екологічна ефективність розроблених технологій забезпечила можливість їх використання як основи для розробки створюваних промислових установок і збільшення екологічної безпеки в районі розміщення місць нагромадження великотоннажних відходів металургійних виробництв.